JP2010034282A - Field-effect type transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果型トランジスタに関する。 The present invention relates to a field effect transistor.
通信技術の高度化に伴い、増幅アンプに用いられる高出力電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor:以下「FET」)にはますます高出力・高利得特性が求められている。このようなFETは、例えば特許文献1−3に開示されている。FETには、GaAs−FETやSi−MOSFET、近年ではGaNやSiCを材料としたFET等がある。これらのFETにおいて、その構造の最適化によって高特性を得る工夫が試みられている。例えば、高電圧動作時に高出力を得るために、ゲート端の電界を緩和して電流コラプスを抑制することを目的としたフィールドプレート(Field Plate:以下「FP」)電極構造は良く知られている。FP電極は、ゲートと接続した「ゲートFP」とソースと接続した「ソースFP」がある。特にソースFP構造は、ゲート−ドレイン間の電気力線を遮断してアイソレーションを改善してゲート−ドレイン間容量Cgdを低減する効果(ファラデーシールド効果)も併せ持ち、利得向上に有用である。
ここで、図7、8を参照して、ソースFP構造のFETについて説明する。図7は、ソースFP構造のFETの構成を示す平面図である。図8は、図7のVIII−VIII断面図である。以下、「FP電極」とはソースと接続した「ソースFP」のことを表すこととする。 Here, the FET having the source FP structure will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a plan view showing a configuration of an FET having a source FP structure. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. Hereinafter, the “FP electrode” represents a “source FP” connected to a source.
ゲート電極10、ソース電極20、及びドレイン電極30は、図7に示すように、アクティブ領域40内においてそれぞれフィンガーを有する。ゲートフィンガー11、ソースフィンガー21、及びドレインフィンガー31は、互いに平行に形成される。また、ソースフィンガー21は、2本のゲートフィンガー11の間に形成される。FP電極50は、ゲート端の電界を緩和するために、ゲートフィンガー11を覆うように形成される。また、FP電極50は、ソース電極20と接続するように形成される。このため、FP電極50は、ゲート−ソース間領域の全面を覆うように形成される。具体的には、FP電極50は、ソースフィンガー21を挟む2本のゲートフィンガー11間に亘って形成される。ソースフィンガー21は、ソースパッド22のバイアホール23によって接地されている。このため、ソース電極20に接続されたFP電極50も接地されることになる。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、FP電極50は、絶縁膜を介してゲート電極10上に形成される。FP電極50は、ゲート電極10を覆うように形成される。上記のように、FP電極50は、ソース電極20を介して接地される。接地されたFP電極50にてゲート電極10を覆うことにより、ゲート−ドレイン間の電気力線が遮断される。このようなファラデーシールド効果により、ゲート−ドレイン間の容量Cgdが低減できる。これはすなわち、利得の向上、デバイスの安定性改善に作用する。また、FET内のゲート−ドレイン間電界は、FP電極50を装荷すると、ゲート端からFP電極50端に分散される。これにより、コラプス特性の改善、すなわち高電圧動作時のPo特性を向上させることができる。
As shown in FIG. 8, the
上記の構成では、ソース電極20との接続を十分にするために、FP電極50は、アクティブ領域40内のゲートフィンガー11をすべて覆うように形成される。このため、ゲート−ソース間の寄生容量Cgsが発生し、利得が低減してしまうという問題があった。
In the above configuration, the
この問題を解決するために、第2の従来技術として図9に示される断面構造を有するFETがある。図9は、ソースFP構造のFETの第2の構成を示す断面図である。図9に示されるように、FP電極50とソースの接続配線下には空隙80が設けられている。なお、空隙80ではなく、低誘電率膜が設けられてもよい。これにより、寄生容量Cgsを低減している。このような構造を得るためには、複数かつ複雑な工程を経る必要があり、形成は非常に困難である。
In order to solve this problem, there is an FET having a cross-sectional structure shown in FIG. 9 as a second prior art. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second configuration of the FET having the source FP structure. As shown in FIG. 9, a
一方、第3の従来技術として図10のような平面パターンとしたFETがある。図10は、ソースFP構造のFETの第3の構成を示す平面図である。図10に示されるように、ゲートフィンガー11近傍にFPフィンガー51がそれぞれ形成される。ここで、FPフィンガー51とは、FP電極50の一部であり、アクティブ領域40においてフィンガー状の部分のことである。そして、それぞれのFPフィンガー51をFPブリッジ81によって接続する。ここで、FPブリッジ81とは、FP電極50の一部であり、ゲートフィンガー11を跨ぐようにソースフィンガー21とFPフィンガー51をつなぐ部分のことである。すなわち、ゲートフィンガー11とソースフィンガー21の間のFP電極50を部分的に開口した平面パターンになっている。これにより、寄生容量Cgsを低減している。しかし、部分的にでもゲート−ソース間を覆っており、その部分の寄生容量Cgsの利得に与える影響は避けられない。
On the other hand, as a third prior art, there is an FET having a planar pattern as shown in FIG. FIG. 10 is a plan view showing a third configuration of the FET having the source FP structure. As shown in FIG. 10,
更に第4の従来技術として図11のような平面パターンとしたFETがある。図11は、ソースFP構造のFETの第4の構成を示す平面図である。図11のように、フィンガーの根元及び先端のみにFPブリッジ81を形成する。そして、FP電極50とソース電極20とをフィンガーの根元及び先端のみで接続する。しかし、この第4の従来技術でも、第3の従来技術よりも低減されるが、寄生容量Cgsが依然残ってしまう。また、FP電極50とソース電極20とが接続される部分が少なくなることで、接地性が悪くなるという問題も発生する。
Further, as a fourth prior art, there is an FET having a planar pattern as shown in FIG. FIG. 11 is a plan view showing a fourth configuration of the FET having the source FP structure. As shown in FIG. 11, the
更に第4の従来技術として図11のような平面パターンとしたFETがある。図11は、ソースFP構造のFETの第4の構成を示す平面図である。図11のように、フィンガーの根元及び先端のみにFPブリッジ81を形成する。そして、FP電極50とソース電極20とをフィンガーの根元及び先端のみで接続する。しかし、この第4の従来技術でも、第3の従来技術よりも低減されるが、寄生容量Cgsが依然残ってしまう。また、FP電極50とソース電極20とが接続される部分が少なくなることで、接地性が悪くなるという問題も発生する。
Further, as a fourth prior art, there is an FET having a planar pattern as shown in FIG. FIG. 11 is a plan view showing a fourth configuration of the FET having the source FP structure. As shown in FIG. 11, the
本発明にかかる電界効果型トランジスタは、アクティブ領域に形成されたソース電極と、前記アクティブ領域に形成されたドレイン電極と、前記アクティブ領域に形成され、前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれたゲート電極と、前記ゲート電極と前記ソース電極によって挟まれた領域より外側において、前記ゲート電極近傍に形成されたフィールドプレート電極と、前記フィールドプレート電極に含まれ、前記アクティブ領域の外側に形成され、接地されたFPパッドとを有するものである。これにより、特に製造工程を複雑にすることなく、FP(フィールドプレート)の効果及び高いRF利得をもつ電界効果型トランジスタを提供することができる。 A field effect transistor according to the present invention includes a source electrode formed in an active region, a drain electrode formed in the active region, and a gate formed in the active region and sandwiched between the source electrode and the drain electrode. An electrode, a field plate electrode formed in the vicinity of the gate electrode outside the region sandwiched between the gate electrode and the source electrode, and included in the field plate electrode, formed outside the active region, and grounded FP pad. Thereby, a field effect transistor having an FP (field plate) effect and a high RF gain can be provided without particularly complicating the manufacturing process.
本発明によれば、簡便に形成でき、特性の良好な電界効果型トランジスタを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a field effect transistor that can be easily formed and has good characteristics.
実施の形態.
まず、図1、2を参照して、本発明にかかる電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor:以下「FET」)について説明する。図1は、FETの構成を示す平面図である。図2は、図1のII−II断面図である。FETは、例えば半導体基板60上に多数のユニットがアレイ状に配置された構成を有する。図1においては、隣接する2つのユニットについて図示している。FETは、マイクロ波増幅器あるいは電力用スイッチング素子として用いることができる。
Embodiment.
First, a field effect transistor (hereinafter referred to as “FET”) according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the FET. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. For example, the FET has a configuration in which a large number of units are arranged in an array on a
半導体基板60には、アクティブ領域40と、アクティブ領域40の外側に設けられる非アクティブ領域41とが形成される。アクティブ領域40には、チャネル領域、ソース領域、及びドレイン領域が設けられる。すなわち、アクティブ領域40とは、FETとして動作させることができる動作領域のことである。FETは、ゲート電極10、ソース電極20、及びドレイン電極30を有する。これらの電極は、複数のフィンガーを有する。具体的には、多数のユニットにおいて、これらの電極は、それぞれ櫛歯状に形成される。アクティブ領域40内において、複数のゲートフィンガー11、複数のソースフィンガー21、及び複数のドレインフィンガー31は、互いに平行に形成される。これらのフィンガーは、アクティブ領域40を跨ぐように形成される。また、これらのフィンガーの両端は、非アクティブ領域41に突出するように形成される。これらは、アクティブ領域40において、ドレインフィンガー31、ゲートフィンガー11、ソースフィンガー21、ゲートフィンガー11、ドレインフィンガー31の順に配置される。すなわち、1つのユニットにおいて、ゲートフィンガー11は、ソースフィンガー21とドレインフィンガー31に挟まれる。
An
ソースフィンガー21は、アクティブ領域40のソース領域上に形成される。ソースフィンガー21は、非アクティブ領域41に形成されたソースパッド22から延在する。すなわち、ソースフィンガー21の一端(根元)は、ソースパッド22に接続される。また、ソースフィンガー21の他端(先端)は、後述するドレインパッド32と後述する先端側FPパッド52の間に位置する。すなわち、ソースフィンガー21は、ドレインパッド32よりアクティブ領域40側に設けられ、先端側FPパッド52を跨ぐように形成される。ソースフィンガー21は、先端側FPパッド52からドレインパッド32側に突出する。
The
そして、非アクティブ領域41において、先端側FPパッド52とソースフィンガー21の先端部とが接触する。ソースパッド22は、バイアホール23によって接地されている。また、ソースパッド22は、略矩形状に形成され、一部がアクティブ領域40側に突出する。このソースパッド22の突出部は、後述するFPフィンガー51に対応して形成され、後述する根元側FPパッド53とそれぞれ接触する。
In the
ドレインフィンガー31は、アクティブ領域40のドレイン領域上に形成される。ドレインフィンガー31は、非アクティブ領域41に形成されたドレインパッド32から延在する。すなわち、ドレインフィンガー31の一端(根元)は、ドレインパッド32に接続される。また、ドレインフィンガー31の他端(先端)は、根元側FPパッド53とアクティブ領域40の間に位置する。すなわち、ドレインフィンガー31は、根元側FPパッド53よりアクティブ領域40側に形成される。換言すると、ドレインフィンガー31は、根元側FPパッド53上には形成されない。ドレインパッド32は、ソースパッド22とは反対側のドレインフィンガー31の端部と接続される。すなわち、アクティブ領域40は、ドレインパッド32及びソースパッド22によって挟まれる。
The
ゲートフィンガー11は、アクティブ領域40のチャネル領域上に形成される。ゲートフィンガー11は、非アクティブ領域41に形成されたゲートバスバー12から延在する。すなわち、ゲートフィンガー11の一端(根元)は、ゲートバスバー12に接続される。また、ゲートフィンガー11の他端(先端)は、先端側FPパッド52とアクティブ領域40の間に位置する。すなわち、ゲートフィンガー11は、先端側FPパッド52よりアクティブ領域40側に形成される。換言すると、ゲートフィンガー11は、先端側FPパッド52と重なるように形成されない。ゲートバスバー12は、ゲートフィンガー11の延在方向と直交する方向に延在する。また、ゲートバスバー12は、ソースパッド22と根元側FPパッド53の間に設けられる。ゲートバスバー12は、非アクティブ領域41に形成されたゲートパッド13に電気的に接続する。
The
また、本実施の形態にかかるFETには、フィールドプレート(Field Plate:以下「FP」)電極50が形成される。ここでは、「FP電極」とは、ソース電極と接続した「ソースFP」のことを表すこととする。FP電極50の一部は、ゲートフィンガー11近傍に形成される。また、この部分は、ゲートフィンガー11等と同様、アクティブ領域40において、フィンガー状に形成される。本明細書においては、フィンガー状に形成されたFP電極50の部分をFPフィンガー51と称す。具体的には、FP電極50は、2本のドレインフィンガー31より内側において略コの字型に形成される。FPフィンガー51は、ゲートフィンガー11の上、及びゲートフィンガー11とドレインフィンガー31の間に設けられる。FPフィンガー51は、ゲートフィンガー11、ソースフィンガー21、及びドレインフィンガー31と平行になるように延在する。FPフィンガー51は、ゲートフィンガー11とソースフィンガー21によって挟まれた領域より外側に形成される。すなわち、FPフィンガー51は、隣接するゲートフィンガー11とソースフィンガー21との間に形成されない。
In addition, a field plate (hereinafter referred to as “FP”)
また、FPフィンガー51は、先端側FPパッド52及び根元側FPパッド53から延在する。ここで、FPパッドとは、FP電極50における他の電極等との接続部を意味する。すなわち、FPフィンガー51の両端に、先端側FPパッド52又は根元側FPパッド53が設けられる。先端側FPパッド52及び根元側FPパッド53は、非アクティブ領域41に形成される。先端側FPパッド52は、ソースフィンガー21の先端側に形成される。先端側FPパッド52は、ドレインパッド32とゲートフィンガー11の間に形成される。また、先端側FPパッド52は、2本のドレインフィンガー31の間に形成される。上記のように、先端側FPパッド52は、ソースフィンガー21と接続される。すなわち、先端側FPパッド52によって、FP電極50は、ソース電極20を介して接地される。
The
根元側FPパッド53は、ゲートフィンガー11の根元側に形成される。根元側FPパッド53は、ゲートバスバー12とドレインフィンガー31の間に形成される。根元側FPパッド53は、それぞれのFPフィンガー51に対応して形成される。上記のように、根元側FPパッド53は、ソースパッド22の突出部と接続される。すなわち、根元側FPパッド53によって、FP電極50は、ソース電極20を介して接地される。このように、非アクティブ領域41において、ソースフィンガー21の先端側及びゲートフィンガー11の根元にFPパッド52、53がそれぞれ設けられている。そして、ソースフィンガー21の先端側と、根元のソースパッド22からそれぞれFPパッド52、53に電極をつなげている。
The root
図2に示されるように、GaAs基板等の半導体基板60上にソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62が形成される。ソースオーミックメタル61は、アクティブ領域40のソース領域上に形成される。ドレインオーミックメタル62は、アクティブ領域40のドレイン領域上に形成される。ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62は、半導体基板60のアクティブ領域40とオーミック接続する。ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62上に、絶縁性を有する第1の保護膜63が形成される。第1の保護膜63上には、ゲート電極10が形成されている。アクティブ領域40のチャネル領域上の第1の保護膜63には、開口が形成されており、ゲート電極10がこの開口に埋設される。これにより、ゲート電極10とチャネル領域とが接続される。ゲート電極10は、略T字型に形成される。
As shown in FIG. 2, a source
第1の保護膜63上には、ゲート電極10を覆うように、絶縁性を有する第2の保護膜64が形成される。第2の保護膜64上には、ソース電極20、ドレイン電極30、及びFP電極50が形成される。ソースオーミックメタル61上の第1の保護膜63及び第2の保護膜64には、開口が形成され、ソース電極20が埋設される。これにより、ソース電極20とソースオーミックメタル61とが接続される。ドレインオーミックメタル62上の第1の保護膜63及び第2の保護膜64には、開口が形成され、ドレイン電極30が埋設される。これにより、ドレイン電極30とドレインオーミックメタル62とが接続される。また、ソース電極20及びドレイン電極30において、幅方向の両端部は、第2の保護膜64上から離して形成される。すなわち、これらの電極は、幅方向の両端部と、第2の保護膜64との間に空隙を有する。
An insulating second
FP電極50は、第2の保護膜64を介してゲート電極10上の近傍に形成される。具体的には、FP電極50は、ドレイン電極30よりゲート電極10に近接して形成される。FP電極50は、一部のゲート電極10上からドレイン電極30側に向けて形成される。すなわち、FP電極50は、ドレイン電極30側の一部のゲート電極10上からドレイン電極30側に突出するように形成される。換言すると、FP電極50は、ゲート電極10上、及び上面視にてゲート電極10とドレイン電極30の間に形成される。これにより、ファラデーシールド効果を得ることができる。また、FP電極50は、FPの効果を得ることができれば、FP電極50の形成箇所、形状等は特に限定されない。FPの効果を得ることができれば、例えばゲート電極10及びドレイン電極30の間のみに形成してもよいし、ゲート電極10上のみに形成してもよい。また、FP電極50は、ゲート電極10上からソース電極20側に突出しないように形成される。
The
このように、本実施の形態にかかるFETでは、アクティブ領域40内のどの部分においても、ゲート−ソース間領域がFP電極50で覆われる部分がない。このため、ゲート−ソース間の寄生容量Cgsを低減することができる。そして、RF利得を向上させることができる。また、非アクティブ領域41においてソース電極20と接続されたFP電極50を形成しているので、FPの効果も得ることができる。すなわち、ファラデーシールド効果により、ゲート−ドレイン間の容量Cgdの低減が実現できる。また、ゲート−ドレイン間の電界をゲート端からFP電極端に分散させることができるので、コラプス改善、すなわち高電圧動作時のPo特性を向上させることができる。このように、FPの効果を維持しつつ、RF利得を向上させることができる。
Thus, in the FET according to the present embodiment, there is no portion where the gate-source region is covered with the
なお、フィンガー長や周波数に応じて、先端や根元のどちらか一方のみFPパッド52、53を形成し、ソース電極20と接触させてもよい。また、FP電極50を接地させることが可能であれば、ソース電極20と接触させなくてもよい。例えば、図3に示されたように、先端側FPパッド52を直接接地させてもよい。ここで、図3を参照して、FETの他の構成について説明する。図3は、FETの他の構成を示す平面図である。
Note that the
図3に示されるように、複数のFPフィンガー51は、非アクティブ領域41に形成されたFPバー54から延在する。FPバー54は、ソースフィンガー21とドレインパッド32の間に形成される。また、FPバー54は、ゲートフィンガー11とドレインパッド32の間に形成される。すなわち、FPバー54は、ゲートフィンガー11及びソースフィンガー21と重なるように形成されない。FPバー54は、FPフィンガー51の延在方向と直交する方向に延在する。
As shown in FIG. 3, the plurality of
FPバー54は、非アクティブ領域41に形成された先端側FPパッド52に電気的に接続する。先端側FPパッド52は、バイアホール55によって接地される。すなわち、ソースフィンガー21の先端側では、ソースフィンガー21とFP電極50が接触することにより接地するのではなく、バイアホール55によってFP電極50が直接接地させる。このような構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。また、先端側FPパッド52の接地の方法も、バイアホール55だけでなく、ボンディングでグランドと接続させてもよい。このように、FP電極50を接地するのに十分であれば、どのように接地させてもよいし、FPパッド52、53の形状も上記のように長いバー状にしてもよい。
The
次に、FETの製造方法について説明する。なお、FETの製造方法については、従来と同様の方法を用いることができるので、簡単に説明する。まず、半導体基板60にアクティブ領域40及び非アクティブ領域41を形成する。そして、半導体基板60上に、ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62を所望の形状に形成する。次に、ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62を覆うように第1の保護膜63を成膜し、第1の保護膜63に開口を形成する。その後、第1の保護膜63の開口に埋設されるように、T型のゲート電極10を形成する。そして、ゲート電極10を覆うように、第2の保護膜64を成膜する。
Next, a method for manufacturing the FET will be described. The method for manufacturing the FET can be simply described because it can be the same as the conventional method. First, the
次に、第2の保護膜64上にFP電極50を形成する。なお、FP電極50の材料としては、Au、Pt、Ti、TiNなどを用いることができるがこれに限定されない。また、FP電極50の形成方法としては、蒸着リフトオフやスパッタなどを用いることができるがこれに限定されない。FP電極50は、図1に示されるように、非アクティブ領域41にも形成する。具体的には、後に形成されるソースフィンガー21の先端側に先端側FPパッド52を形成する。そして、ゲートフィンガー11の根元側、すなわちゲートバスバー12とドレインフィンガー31の間に根元側FPパッド53を形成する。
Next, the
ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62上の第1の保護膜63及び第2の保護膜64に開口を形成する。その後、ソースオーミックメタル61及びドレインオーミックメタル62上の開口に埋設されるように、ソース電極20及びドレイン電極30を形成する。これにより、ソースオーミックメタル61とソース電極20、及びドレインオーミックメタル62とドレイン電極30が接続される。このとき、FPパッド52、53にソース電極20を伸ばすことで、ソース電極20とFP電極50を接続する。裏面工程において、裏面からソースパッド22に両面目合わせしてバイアホール23を形成する。次に、バイアホール23に埋設されるように裏面メタルを形成する。裏面メタルとしてはTi、Pt、Auなどを用いることができるがこれに限定されない。バイアホール23によって裏面とソースパッド22が接続されることで、ソース電極20及びFPパッド52、53も接地される。本実施の形態にかかるFETは、以上のように形成される。また、図9に示されるFETのように製造工程を複雑にすることなく、特性が良好なFETを得ることができる。このため、簡便であり、生産性を向上させることができる。
Openings are formed in the first
ここで、図7、図10に示される従来のFETと、本発明のFETのRF入出力特性を比較した結果を図4に示す。ここでは、フィンガー長1000μm、ゲート幅10mm、周波数2GHzとした。図4において、横軸は入力電力Pin[dBm]、縦軸は出力電力Pout[dBm]を示す。符号70は開口率100%のFET、符号71は開口率80%のFET、符号72は開口率50%のFET、符号73は開口率0%のFETを示す。
Here, FIG. 4 shows the result of comparing the RF input / output characteristics of the conventional FET shown in FIGS. 7 and 10 and the FET of the present invention. Here, the finger length is 1000 μm, the gate width is 10 mm, and the frequency is 2 GHz. In FIG. 4, the horizontal axis represents input power Pin [dBm], and the vertical axis represents output power Pout [dBm].
ここで、開口率とは、図7のようにゲート−ソース間を覆ったFP電極50に対する開口領域の割合である。すなわち、アクティブ領域40におけるゲート−ソース間の面積のうち、FP電極50で覆われていない面積の割合である。換言すると、フィンガー長に対する、ゲート−ソース間が開口されているFP電極50の長さの割合である。すなわち、開口率100%は、本発明のFET、開口率0%は図7に示されるFET、開口率80%及び開口率50%は図10に示されるFETを表す。図4に示されるように、同じ入力電力Pinで比較した場合、開口率が高くなるほど、出力電力Poutが高くなることが分かる。
Here, the aperture ratio is the ratio of the open area to the
開口率と利得との関係についてプロットし直したグラフが図5である。図5において、横軸は開口率[%]、縦軸は利得[dB]を示す。図5に示されるように、開口率が上がるにつれて利得が上がる。具体的には、ゲート−ソース間を覆ったFP電極50の一部を開口し、その領域が大きくなるにつれて利得が上がる。すなわち、ゲート−ソース間を覆うFP電極50が少なくなるにつれて利得が上がる。これは、ゲート−ソース間を覆ったFP電極50による寄生容量Cgsが低減されたことによると考えられる。開口率100%の本発明の場合、開口率0%のFETに比べ3dB以上の利得が改善していることが分かる。
FIG. 5 is a graph obtained by re-plotting the relationship between the aperture ratio and the gain. In FIG. 5, the horizontal axis represents the aperture ratio [%], and the vertical axis represents the gain [dB]. As shown in FIG. 5, the gain increases as the aperture ratio increases. Specifically, a part of the
従来構造では、アクティブ領域40内でソース電極20とFP電極50を接続しているため、開口率100%にすることは不可能である。また、従来構造で開口率を100%に近づけると、FP電極50の接地性が悪化して逆に利得が低下してしまうと考えられる。このため、図5においても、従来構造で開口率が80%の場合、やや利得の低下が見られる。従って、非アクティブ領域41にFPパッド52、53を設ける本発明のほうが接地性が向上するため、同じ開口率における従来構造と比較した場合、利得向上に効果があると考えられる。
In the conventional structure, since the
図6にFP電極50の開口率と接地性の関係をシミュレーションした結果を示す。図6において、横軸は周波数[GHz]、縦軸はS12[dB]を示す。ここで、S12とは、FETのSパラメータの1つであり、FETの出力側から入力側に戻る信号の大きさのことである。すなわち、数値が小さいほど戻る信号が少ないことを表し、アイソレーションが良いことを表す。ここでは、フィンガー長1000μmのソースフィンガー21、ゲートフィンガー11、ドレインフィンガー31、及びFPフィンガー51をそれぞれ1本ずつ平行に並べ、ゲートとドレインのS12を計算した。
FIG. 6 shows the result of simulating the relationship between the aperture ratio of the
図6に示されるように、開口率が低くなるにつれて、アイソレーションS12が小さくなった。すなわち、開口率が低くなるにつれて、FP電極50の接地性が向上し、ゲート−ドレイン間の電気力線がシールドされ、アイソレーションS12が向上する。つまり、ファラデーシールド効果によるアイソレーションS12が向上する。ここで、FP電極50を有するFETと、符号74で示された、FP電極50を有さないFETとで接地性を比較する。まず、周波数2GHzにおいて、ゲート−ソース間をFP電極50で全面覆った開口率0%のFETと、FP電極50を有さないFETとを比較する。図6のグラフから、開口率0%のFETのほうがアイソレーションS12は10dB改善することが分かる。また、周波数2GHzにおいて、FP電極50の両端で接地した開口率100%のFETと、FP電極50を有さないFETとを比較する。図6のグラフから、開口率100%のFETのほうがアイソレーションS12は7.5dB改善することが分かる。
As shown in FIG. 6, the isolation S12 became smaller as the aperture ratio became lower. That is, as the aperture ratio decreases, the grounding property of the
次に、開口率の違いによるFETの接地性について比較する。周波数2GHzにおける、開口率100%のFETと開口率0%のFETとを比較すると、アイソレーションS12は2.5dB程度の差でしかないことが分かる。そして、接地性による利得(MSG:Maximum Stable Gain)の影響は、1.25dB劣化する程度と見積もれる。このように、FP電極50を有さないFETと比較した場合に比べて、開口率によるアイソレーションS12の差は、それほど大きくないことが分かる。すなわち、開口率による接地性の差は、それほど大きくないことが分かる。
Next, the grounding property of the FET due to the difference in aperture ratio will be compared. Comparing an FET with an aperture ratio of 100% and an FET with an aperture ratio of 0% at a frequency of 2 GHz, it can be seen that the isolation S12 is only a difference of about 2.5 dB. The influence of grounding gain (MSG: Maximum Stable Gain) is estimated to be a degree of deterioration of 1.25 dB. Thus, it can be seen that the difference in the isolation S12 due to the aperture ratio is not so large as compared with the case where the FET does not have the
従って、図5の結果を考慮すると、ソース接地FP電極50による利得は、その接地性も重要ではあるが、ゲート−ソース間の寄生容量Cgsの方が、より影響を受けやすいと言える。すなわち、接地性を維持するためにアクティブ領域40内でFP電極50とソース電極20を広く接続するより、非アクティブ領域41のFPパッド52、53で接地性がある程度維持できれば、アクティブ領域40内の寄生容量Cgsを減らす方が、より利得を向上できる。
Therefore, considering the result of FIG. 5, it can be said that the gate-source parasitic capacitance Cgs is more susceptible to the gain due to the source-grounded
ただし、図6の計算結果によれば、周波数が高くなると接地性は徐々に悪くなっている。このため、フィンガー長1000μmのまま高い周波数領域で使用しようとすると、先端と根元のFPパッド52、53だけでの接続では長いフィンガー全体を接地できず、接地性悪化による利得低下が見えてくると予想される。しかし、通常、高い周波数領域では位相ズレ抑制のためにフィンガー長を短くすることが一般的であることから、フィンガー長を短くするに伴って接地性も改善することになる。したがって、実用上では、どのような周波数であっても先端および根元の非アクティブ領域41に設置したFPパッド52、53での接続で問題ないと考えられる。逆に、低い周波数の場合には、開口率による接地性の差は更に小さくなることから、FPパッド52、53は1つでも可と考えられる。すなわち、FPパッド52、53は、ソースフィンガーの先端側のみ、またはゲートフィンガーの根元側のみでも可と考えられる。
However, according to the calculation result of FIG. 6, the grounding property gradually deteriorates as the frequency increases. For this reason, if the finger length of 1000 μm is to be used in a high frequency range, the connection between the tip and the
なお、FPパッド52、53は、素子分離された非アクティブ領域41に配置されること、裏面と同じ電位(接地)であることから、FPの効果はFPパッド形状に依存せず、形状による周波数依存性の差はない。FPパッド52、53はどのような形状でも良いが、プロセス上の制約(目合わせマージン等)がなければ、FPパッド52、53上でソースと接続する領域を出来るだけ広く取ったほうが接地性を高めるために良いことは自明である。
Since the
以上の結果から、FETにFP電極50を装加すると、電界緩和効果やシールド効果により、高耐圧化・高利得化が可能であるが、FP電極50を接続するパターンや構造によっては、逆に利得が低下したり、特性の不安定性の要因になることが分かる。これはFP電極50とソース電極20を接続するときに、FP電極50で覆われたゲート−ソース間領域で寄生容量Cgsが発生してしまうためである。本発明にかかるFETでは、この問題を工数の増加無しで効果的に解決するため、非アクティブ領域41にFPパッド52、53を設けてFP電極50を接地している。これにより、アクティブ領域40内でゲート−ソース間がFP電極50で覆われる部分を無くすことができる。そして、FPの効果を維持しつつ、RF利得を向上させることが出来る。
From the above results, when the
10 ゲート電極、11 ゲートフィンガー、12 ゲートバスバー、
13 ゲートパッド、20 ソース電極、21 ソースフィンガー、22 ソースパッド、
23 バイアホール、30 ドレイン電極、31 ドレインフィンガー、
32 ドレインパッド、40 アクティブ領域、41 非アクティブ領域、
50 FP電極、51 FPフィンガー、52 先端側FPパッド、
53 根元側FPパッド、54 FPバー、55 バイアホール、60 半導体基板、
61 ソースオーミックメタル、62 ドレインオーミックメタル、63 第1の保護膜、
64 第2の保護膜、70 開口率100%のFET、71 開口率80%のFET、
72 開口率50%のFET、73 開口率0%のFET、
74 FP電極を有さないFET、80 空隙、81 FPブリッジ
10 gate electrodes, 11 gate fingers, 12 gate bus bars,
13 gate pad, 20 source electrode, 21 source finger, 22 source pad,
23 via holes, 30 drain electrodes, 31 drain fingers,
32 drain pads, 40 active regions, 41 inactive regions,
50 FP electrode, 51 FP finger, 52 FP pad on the tip side,
53 FP pad, 54 FP bar, 55 via hole, 60 semiconductor substrate,
61 source ohmic metal, 62 drain ohmic metal, 63 first protective film,
64 second protective film, 70 FET with 100% aperture ratio, 71 FET with 80% aperture ratio,
72 FET with an aperture ratio of 50%, 73 FET with an aperture ratio of 0%,
74 FET without FP electrode, 80 gap, 81 FP bridge
Claims (4)
前記アクティブ領域に形成されたドレイン電極と、
前記アクティブ領域に形成され、前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ソース電極によって挟まれた領域より外側において、前記ゲート電極近傍に形成されたフィールドプレート電極と、
前記フィールドプレート電極に含まれ、前記アクティブ領域の外側に形成され、接地されたFPパッドとを有する電界効果型トランジスタ。 A source electrode formed in the active region;
A drain electrode formed in the active region;
A gate electrode formed in the active region and sandwiched between the source electrode and the drain electrode;
A field plate electrode formed in the vicinity of the gate electrode outside the region sandwiched between the gate electrode and the source electrode;
A field effect transistor including an FP pad included in the field plate electrode, formed outside the active region, and grounded.
前記FPパッドは、前記ソース電極に接触した請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。 The source electrode is grounded;
The field effect transistor according to claim 1, wherein the FP pad is in contact with the source electrode.
前記FPパッドは、FPフィンガーの両端にそれぞれ形成された請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。 The FP electrode has FP fingers,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the FP pad is formed at both ends of the FP finger.
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